随着社会发展，科技进步，工业化程度越来越高，工业建筑领域使用大吨位，大跨度的工业厂房越来越多，钢结构工业厂房具有自重轻，跨度大，强度高，性能稳定，抗震性能好，安装简便，造价低，施工周期短，造型美观、现代感强，污染少和等优点，越来越多的被应用于现代重工业厂房中，因而逐渐取代了笨重的钢筋混凝土结构。但其设计和构造相对复杂，现就该类结构进行初步探讨。
关键词  大吨位 大跨度 工业厂房

1 引言
      山东北车风电有限公司2010年施工的塔筒厂房，工装法兰厂房 
      建筑规模：长度478m（露天169米），宽144.5m檐口高度19.85m
      起 重 机：双层32-80T桥式起重机
      结构形式：单跨30m~37m，单层全钢结构，柱距8m~9m，屋面坡度5%
      见图1
 

图1 大型钢结构工业厂房施工 平面图

      主体钢结构施工包括钢柱、吊车梁、钢梁、的校正、焊接、吊装、和高强螺栓固定、压型钢板安装等工序。

2 施工过程：
      钢结构工业厂房的施工分两部分：1.工厂制作；2.工地安装。

2.1件在工厂制作
      对能批量加工，需要大型设备的部件制作都放在专业钢结构工厂制作，制作完成后运到工地现场安装，这也是钢结构工业厂房的施工区别混凝土结构施工的重要一点。

2.1.1放样过程
      放样是钢结构制作工艺中的第一道工序，只有放样尺寸精确，方可避免以后各加工工序的累积误差，才能保证整个工程的质量，因此对放样工作，必须注意以下几个环节：放样前必须熟悉图纸，并核对图纸各部尺寸有无不符之处，与土建和其他安装工程有无矛盾，核对无误后方可按施工图纸上的几何尺寸、技术要求，按照1:1的比例画出构件相互之间的尺寸及真实图形。样板制出后，必须在上面注上图号、零件名称、件数、位置、材料牌号、规格及加工符号等内容，使下料工作不致发生混乱，同时，必须妥善保管样板防止折叠和锈蚀，以便进行校核。为了保证产品质量，防止由于下料不当造成废品，样板应注意适当预放增加余量。利用XSTEEL钢结构细化软件，对钢结构进行整体深化设计，缩短了深化周期，提高了准确性，减少了材料损耗，经济效益明显。

2.1.2拼接过程
      拼板时应注意：①适当放出余量，这是由于下料切割时焊缝有一定的收缩量，自动切割缝为2mm，手工切割缝为3mm；②拼板焊接前应清除焊缝口锈蚀、油迹、毛刺等，按要求开好坡口，单面坡口50°～60°之间，纯边高度1.5mm～2mm，焊缝、焊剂、焊丝保证清洁确保焊接质量。

2.1.3CNC（数控机床）切割
      （1）CNC切割必须按照下料图要求制作角度样板，经检查无误后方可使用；
      （2）考虑割切、焊接的收缩余量及组装误差，长度一般应放20mm～30mm，切割宽度误差±1mm；
      （3）编程后，切割机应空机运行，检查并记录运行轨迹是否与下料尺寸相符，无误后即可切割；
      （4）根据板厚随时调节火焰大小、氧气压力和切割速度，确保切口光顺平滑；

2.1.4组立过程
      （1）当翼腹板有对接焊缝时，组立应注意翼腹板焊缝错开200mm以上。
      （2）确保腹板对翼板的中心线垂直度偏差为b/100且≤2mm，中心线偏移≤1mm。翼腹板间隙应≤0.8mm，以满足埋弧焊的需要。
      （3）定位焊间距一般为300mm～400mm，焊缝高度不超过设计缝厚度的2/3，焊条型号应与构件材质相匹配。
梁柱连接为弧形板加强全焊节点，节点区域受力大，质量要求高，采用等离子弧焊工艺和二氧化碳气体保护焊，减小焊接变形和残余应力，确保焊接质量。

2.1.5钢结构制孔
      制孔钢结构安装时所留A、B级螺栓孔应具有H12的精度，孔壁表面的粗糙度Ra不应大于12.5μm，螺栓孔的允许偏差超过上述标准，不得用钢块填塞，可采用与母材料性质匹配的焊条补焊，再重新制孔。制孔方法采用钢模钻孔，各种钻孔全部采用钻床钻孔以提高工作效率，保证构件的质量。

2.2钢构件在工地安装
   

2.2.1地脚螺栓的埋设
      底板在土建施工的同时要穿插地脚螺栓的埋设或插入钢柱的安装，钢柱埋设或地脚螺栓就位后土建单位才进行相关施工。地上部分全钢结构施工，钢结构先行，土建、安装等单位随后。但是钢结构的施工必须与土建单位密切配合，这样既有利于整体结构的稳定性，也有利于整体施工的流水作业。
      钢柱生根在埋设的地脚螺栓或直接安装在钢梁上。每一根钢柱一般由6根或8根螺栓组成。安装时需要每组螺栓组合在一起，整体进行埋设。埋设步骤如下：测量放线：首先根据原始轴线及标高控制点对现场进行轴线和标高控制点的延引，然后根据控制线测放出的轴线再测放出每一个埋件的中心十字交叉线和至少两个标高控制点；每一根钢柱预埋螺栓的框架全部预先进行加工制作，采用角钢将预埋螺栓固定为一个整体。预埋螺栓的制作精度要求预埋螺栓中到中的间距≯2mm，预埋螺栓顶端的相对高差≯2mm；埋螺栓在底板钢筋绑扎过程中，根据测放出的轴线，将预埋螺栓整体就位。首先找准埋件上边四根固定角钢的纵横向中心线，使其与测量定位的基准线吻合，然后用水准仪测出埋件四个角上螺栓顶面的标高，高度不够时在埋件下四个角用钢筋或者角钢抄平。
      预埋螺栓埋设质量不仅要保证埋件埋设位置准确，更重要的是固定支架牢固，为了防止在浇灌砼时埋件产生位移和变形，除了保证埋件整体框架有一定的强度以外，还必须采取相应的加固措施，先把支架底部与底板钢筋绑扎固定，四边加设刚性支撑，一端连接整体框架，另一端绑扎在底板的钢筋上；待底板钢筋绑扎完毕，再把预埋件与底板构造钢筋焊接为一个整体，在螺栓固定后对埋件的位置及标高进行复测。
      地脚螺栓在砼浇灌前应再次复核，确认其位置及标高准确、固定牢靠后方可进入；螺纹上涂黄油并包上塑料纸，浇灌过程中，要派专人对其进行监控，对浇注过程中出现位移和偏差的埋件，用倒链或千斤顶在砼初凝前及时纠正；地脚螺栓的埋设精度，直接影响到结构的安装质量，所以埋设前后必须对预埋螺栓的轴线、标高及螺栓的伸出长度进行认真的核查、验收。标高以及水平度的调整一定要精益求精。对已安装就位的地脚螺栓，严禁碰撞和损坏，钢柱安装前要将螺纹清理干净，对已损伤的螺牙要进行修复。土建施工时一定要注意成品保护，避免使安装好的地脚螺丝松动，移位。

2.2.2钢柱吊装
      2.2.2.1钢柱吊装就位 顺序 见图2
 

图2 大型钢结构工业厂房施工 钢柱吊装就位顺序

      钢柱的安装需在埋设地脚螺栓浇灌完砼后。安装钢柱时预留部分后浇灌砼 见图3，最后固定。安装前要对预埋件进行复测，并在基础混凝土上进行放线。根据钢柱的底标高调整好螺杆上的螺帽，并在钢柱上打好冲眼，以方便校正。然后钢柱直接安装就位。钢柱的起吊，采用单机回转法。起吊前，钢柱应横放在垫木上，柱脚板位置垫好方木，起吊时，不得使柱子在地面拖拉，必须边起钩、边转臂使钢柱垂直离地。
      钢柱吊升到位后。首先将钢柱底板穿入地脚螺栓，放置在调节好的螺帽上，并将柱的四面中心线与基础放线中心线对齐吻合，四面兼顾，中心线校准确，使偏差控制在规范许可的范围以内时，穿上压板，将螺栓拧紧。埋入式柱脚安装 见图4，就位后，需用垫铁调整准确标高。用经纬仪进行柱子垂直度的校正。钢柱吊装插入基坑就位后，柱子校正工作主要是对标高进行调整和垂直度进行校正 见图5：它的校正方法采用缆风绳、螺旋千斤顶 见图6、正反螺纹撑杆、大型撬杠，对钢柱施加拉、顶、撑或撬的垂直力和侧向力，同时采用不等厚垫铁，在柱板与基础之间调整校正后固定。
 
 

利用设置在纵横轴线上的两台经纬仪，对柱子的水平位置进行处理，确认无误后进入下一步工作。见图6

钢柱校正完毕后，应及时催促土建单位对柱底板和基础顶面之间的空隙进行混凝土二次浇灌。钢柱定位后应及时将垫板、螺帽与钢柱底板点焊牢固。

2.2.3柱间支撑安装
      吊装时避免散件安装时对操作脚手要求，减少高空拼装和可能产生的变形，柱柱间支撑拼成整体吊装，柱间支撑尽量在工厂进行分片分段拼装，分片分段运至施工现场，现场对分段的支撑进行组装后吊装。不便在工厂进行拼装的柱间支撑，现场拼装位置在吊装位置附近进行，地面拼装应完成全部的焊接连接。以方便吊装和减少高空散件安装为基本原则。
为便于拼装和吊装，本工程柱间支撑的拼装采用分片拼装和吊装，如A轴线上柱间支撑分片拼装和吊装的分片 见图7：

柱间支撑的拼装采用在地面卧拼的方式拼装，拼装主要应保证杆件的接口位置准且，外形尺寸与图纸吻合，对角线尺寸正确无误。
      先吊装下支撑，后吊装上支撑，柱间支撑的吊装在钢柱吊装完成，并校正完毕后进行，柱间支撑的吊装放在吊车梁系统安装之前。

2.2.4吊车梁吊装
      吊车系统的安装。吊车梁的安装必须严格按规范从柱间支撑跨进行，因为柱间支撑安装连接后已经事先形成了一个比较稳定的安全的刚度空间单元，这时从此处开始施工，能保证吊车梁的安装不会影响到柱子的垂直度，同时也是保证安全施工的措施。吊装梁一般采用分件吊装法，对钢吊车梁单机吊装和双机抬吊的吊装绑扎。见图8.
 

在安装过程中，对端部截面误差较大的吊车梁底部要设置调整垫板，该垫板在吊车梁系统调整完后应焊接固定。制动系统的连接应在吊车梁调整固定后正式连接。当制动板与吊车梁连接的时候，为了避免连续施焊对高强度螺栓的影响，应先将制动板与吊车梁初步固定然后调整辅桁架，在制动板采用点焊的方式固定后，再从中间到两侧终拧高强螺栓。

3.2.5钢梁吊装
      3.2.5.1吊装前准备：
      （1）由于施工现场场地有限，请求甲方联系相关部门在吊装作业期间，对建筑物一侧道路断道。
      （2）钢构件在吊装前运至施工现场，在施工现场进行拼装。
      （3）钢架上连接件全部焊完，焊道检验合格，钢架支撑及系杆准备齐全。
      （4）吊装人员经过吊装安全教育，吊装指挥人员有特种作业证，全部焊接人员及保证人员进行技术交底。
      （5）施工场现场地杂物、障碍清理，吊车运行通畅，吊装站位无影响。
      （6）主要构件吊装前，必须切实做好各项准备工作，包括场地的清理，道路的修筑、基础的准备、构件的运输、就位、堆放、拼装、加固、检查清理、弹线编号以及吊装机具的准备等。

3.2.5.2安全操作技术要求：
      （1）钢结构安装前对全体人员进行详细的安全交底，参加安装的人员要明确分工，并结合现场具体情况提出保证安全施工的要求。上下交叉作业，要做到“三不伤害”，即：“不伤害自已，不被别人伤害，不伤害别人”。距地面2m以上作业要有安全防护措施。
      （2）吊装作业场所要有足够的吊运通道，并与附近的设备、建筑物保持一定的安全距离，在吊装前应先进行一次低位置的试吊，以验证其安全牢固性，吊装的绳索应用软材料垫好或包好，以保证构件与连接绳索不致磨损。构件起吊时吊索必须绑扎牢固，绳扣必须在吊钩内锁牢，严禁用板钩钩挂构件，构件在高空稳定前不准上人。
      （3）吊机吊装区域内，非操作人员严禁入内，把杆垂直下方不准站人。吊装时操作人员精力要集中并服从指挥号令，严禁违章作业。起重作业应做到“五不吊”：
      1） 手势指挥不清不吊。
      2) 重量不明不吊。
      3) 超负荷不吊。
      4) 视线不明不吊。
      5) 捆绑不牢或重心不明不吊。
      (4）操作业人员在进行高处作业时，必须正确使用安全带，安全带一般应高挂低用，即将安全带绳端的钩环挂于高处，而工人在低处操作。
      (5）在高处使用撬杠进，工人应一手扶住，一手操作。
      (6）地面作业人员必戴安全帽，吊装场地作警戒标致，高处操作人员使用的工具应放在随身的工具袋内，不可随意向下丢掷。
      (7）构件安装后，必须检查连接质量，只有连接确实安全可靠，才能松钩或拆除临时固定工具。受拉受剪焊缝要达到满焊，焊缝高度符合设计要求，方可松钩。
      (8）参加安装的各专业工种必须服从现场统一指挥，负责人在发现违章作业时要及时劝阻，对不听劝阻继续违章操作者应立即停止其工作。

2.2.5.吊装工艺：
      (1）吊装方法：由于屋面钢梁跨度为30米~37米，最大重量4.4吨，高跨钢梁安装高度19.85米，故采用整体吊装方法，即：将整榀钢架在地面拼装成一个整体 见图9，然后整体吊装就位 见图10，避免在建筑物顶部进行二次拼装和吊装作业。
 

(2）工艺流程：
 

 
      (3）吊装用钢丝绳计算：
      1)钢丝绳采用交互捻钢丝绳，避免吊装作业时扭结和旋转，所有构件均采用两点绑扎。
      2)绳选用按公式：[Fg]=aFg/K 计算
      其中K——安全系数，作捆绑吊索取值范围8-10 ，取10
      a——破断拉力换算系数钢丝绳结构6×19为0.80
      [Fg]——允许拉力 两点起吊取2.5/2=1.25t
      Fg=[Fg]*k/a=1.25*10/0.8=1.56t 
      查表6×19钢丝绳选用：直径18mm 
      钢丝绳使用前要认真检查，不许有断丝现象。绑捆应用卡环，卡环规格采用型号为1.7。钢绳绑捆钢桁架钢梁应用15mm厚橡胶板将H棱角加垫，起吊防止棱角对钢丝绳产生过大的剪力。
      溜绳采用白棕绳，直径φ14~16mm均可以。

2.2.6高强螺栓安装
      工程中使用的螺栓的材料规格及其性能，均应符合设计及规范要求。所有螺栓均按规格型号分类储放，妥善保管，避免因受潮、生锈、污染而影响其质量，开箱后的螺栓不得混放、串用，按计划领用。施工未完的螺栓要及时回收。高强螺栓连接副的紧固轴力平均值和变异系数、螺栓保证载荷、螺母、垫圈硬度检测在工厂进行；监理、安装单位共同参加。关于摩擦面的抗滑移系数抽检，在工地进行，由制造厂按规范提供试件。
      检查和清除摩擦面上的铁屑、浮锈等污物。摩擦面上不允许存在钢材卷曲变形及凹陷等现象。认真注意和处理连接板的紧密贴合，对因钢板厚度偏差或制作误差造成的接触面间隙，1mm以下不作处理；3mm以下将高出的一侧磨成1：10的缓度，使间距小于1.0mm；3mm以上加垫板，垫板厚度不小于3mm，最多不超过三层，垫板材质和摩擦面处理方法应与构件相同。
      高强螺栓不能自由穿入螺栓孔位时，用冲杆或铰刀修正扩孔后再插入，修扩后的螺栓孔最大直径应小于1.2倍螺栓公称直径。雨、雪天不得进行高强螺栓安装，摩擦面上及螺栓上不得有水及其它污物。并要注意气候变化对高强螺栓的影响。高强螺栓分两次拧紧。第一次初拧到标准预拉力的60-80％，第二次终拧到标准预拉力的100％。
      初拧时当构件吊装到位后，将螺栓穿入孔中，然后用手动扳手或电动扳手拧紧螺栓，使连接面接合紧密。终拧时螺栓由电动剪力扳手完成，其终拧强度由力矩控制设备来控制，确保达到要求的最小力矩。当预先设置的力矩达到后，其力矩控制开关就自动关闭。剪力扳手的力矩设置好后只能用于指定的地方。装配和紧固接头时，从安装好的一端或刚性端向自由端进行。高强螺栓的初拧和终拧，均按照紧固顺序进行。紧固从螺栓群中央开始，顺序向外侧进行。扭剪型高强螺栓，在终拧完成后检查时，以拧掉尾部为合格。

3、节能环保
      环境保护工措施
      防治施工噪声污染。
      防治油漆污染。废油漆桶集中回收。
      焊条头集中回收，边、角料集中回收。

      4、结束语
      根据工程质量要求高、工期紧、交叉施工的工程特点，采用了超常规的新工艺、新安装技术。新组织管理法，精心组织，精心施工，按工程要求完工。安全管理卓有成效，没有发生任何轻伤及以上事故。2010年4月10日，通过了钢结构主体工程的验收：工程质量符合钢结构施工质量验收规范，符合设计文件及合同要求，工程质量合格。钢结构工程质量好，进度快，收到建设单位、设计单位、监理单位的表扬及各方的好评。

参考文献 :
      【1】现行建筑施工规范大全. 北京:中国建筑工业出版社 2002.
      【2】建筑施工手册 (第四版) . 北京:中国建筑工业出版社 2004.
      【3】顾纪清. 实用钢结构施工手册.上海：上海科学技术出版社 2005.
      【4】葛文通. 张太所.工业厂房钢结构工程的施工监理.安徽冶金科技职业学院学报 2005.
      【5】周承波. 刘志民.钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法.内蒙古科技与经济 2009.
      【6】李秀凤. 浅析厂房钢结构工程施工质量控制.山西建筑 2009.
      【7】鲍广鉴. 钢结构施工技术及实例.北京：中国建筑工业出版社 2005.
      【8】卢  乔. 大型钢结构工业厂房施工测量技术.南方金属 2003

      作者简介：周磊甜（1981～），浙江中南建设集团钢结构有限公司，设计
      联系地址：杭州市滨江区长河街道（310052）